Крестовые своды. Виды сводов зданий

Общие свойства каменных сводчатых конструкций

Сводами обычно именуются арочные распорные конструкции сплошного сечения, протяженность которых в направлении, перпендикулярном к оси, соизмерима с пролетом. Арки представляют частный случай свода, его плоскую модель. Каждый тип свода может быть представлен как система элементарных арок или полуарок, образующих форму свода и несущих свою часть нагрузки.

Равномерное распределение нагрузки вдоль цилиндрической части свода обеспечивает каждой его элементарной арке одинаковый режим работы, т.е. аналогичные напряжения и деформации, поэтому влияние смежных участков не проявляется. Сосредоточенная нагрузка, деформирующая данный участок, включает в совместную работу и соседние полосы, причем ширина «подключения» зависит от толщины свода, способа кладки и прочности раствора. Сочетание нескольких видов нагрузки вызывает сложную деформацию распорных систем, в которой трудно выделить долю каждого вида, в том числе и преобладающего, так как нередко суммируются несимметричные прогибы.

Расчет любого типа свода включает:

• выбор оптимальной рабочей схемы, т.е. такой системы главных и второстепенных арочных элементов, которая бы наиболее соответствовала характеру распределения усилий и действительной значимости каждого элемента;
• определение габаритов расчетных элементов;
• сбор и разделение нагрузки;
• определение реакций R, распора Н и внутренних усилий — момента М и нормальной силы N расчетных элементов;
• проверку их несущей способности по величине сжимающих напряжений в кладке.

Собственно расчет каменной арки, символизирующей самостоятельную конструкцию, отдельный деформационный блок или характерную деталь свода, может быть сведен к проверке несущей способности ее сжатой зоны.

Форма арки или свода, при которой любое сечение под действием нагрузки работает в наиболее рациональном для кладки режиме, т.е. симметрично сжато, наиболее рациональна и отвечает условию: Мх= Hfx, т.е. безмоментной кривой . На практике большинство построенных сводов по различным причинам, а также по чисто эстетическим соображениям не абсолютно рациональны, их сечения обжаты несимметрично.

Растянутая часть сечения в работе не участвует, хотя при наличии упругого раствора способна удерживать растягивающие напряжения до 0,15 МПа. Растянутая часть сечения может располагаться с внутренней или наружной поверхности свода в соответствии с характером деформации. При центральной нагрузке на свод растяжение наблюдается обычно в центральной трети пролета на нижней поверхности и в боковых третях — на верхней. Глубина растянутой части сечения растет при деформации свода пропорционально уменьшению высоты работающей сжатой зоны.

Высота сжатой зоны сечения — основной показатель устойчивости арочной конструкции, сложенной из кирпича или камня. Для любого внецентренно сжатого сечения свода высота сжатой зоны приблизительно равна удвоенному расстоянию от точки приложения нормальной силы N до ближайшего края сечения, т.е. hc = (h/2 — е)2, где hc — вы-

сота сжатой зоны; h = полная высота сечения; е= M/N— эксцентриситет приложения нормальной силы относительно центра сечения.

О работе отдельных сводов

Рабочая схема простого цилиндрического (коробового) свода представляет систему независимых параллельных арок (рис. 121,А).

121. Рабочие схемы сводов
Л — цилиндрический свод со ступенчато распределенной нагрузкой;
Б— цилиндрический свод с распалубкой;
В — цилиндрический свод с сосредоточенной нагрузкой;
Г— крестовый свод;
Д, Е — сомкнутый свод с центральной нагрузкой;
1 — элементарные арки;
2 — условное диагональное ребро;
3 — эпюра распора

Если нагрузка вдоль свода не меняется, то о его несущей способности и деформациях можно судить по работе одной элементарной арки, служащей таким образом рабочей схемой свода. Если нагрузка вдоль свода меняется ступенчато или существуют местные поперечные утолщения свода в виде гуртов и подпружных арок, то каждой ступени нагрузки или сечения соответствует своя элементарная арка, символизирующая отдельный деформационный блок.

При наличии распалубок (см. рис. 120,Б) распор и давление упирающихся в них арок передаются на опору свода вдоль ребер распалубок, обжатых подобно ребрам крестового свода. Часть распора может передаваться непосредственно вдоль оси распалубки, если ее образующие касательны к оси арок. Рабочую схему цилиндрического свода с распалубками можно представить либо как систему арок, разветвляющихся вокруг распалубок (тогда полоса сбора нагрузки на арку равна шагу распалубок или простенков), либо как систему обычных элементарных арок, упирающихся в условные арочные элементы, оконтуривающие распалубки. На практике очертание оконтуривающих «арок» определяется качеством перевязки кладки лотка и распалубки, наличием закладок, трещин и т.п. Плохая перевязка и слабый раствор предполагают очень острое огибание распалубки. То же касается любого другого, специально не оконтуренного отверстия в своде. В любом случае усилия и напряжения в кладке концентрируются вокруг распалубок, увеличиваясь по мере приближения к опоре свода в простенках. Распалубки с забутовкой между ними значительно снижают деформативность арочного контура свода, разделяя его на «активную» — пролетную и неподвижную части. Анализ деформаций сводов выявляет довольно четкую границу между этими частями, проходящую в зоне наклона радиальных швов 30—40°.

Распалубки используются в цилиндрических сводах также как средство местной разгрузки несущих стен и переноса давления на соседние участки при устройстве всевозможных проемов. Регулярное расположение распалубок позволяет иногда перенести давление и распор свода на отдельные столбчатые опоры. В целом же сосредоточенная передача опорных реакций характерна для крестовых сводов , представляющих комбинацию четырех распалубок.

Рабочая модель крестового свода — система элементарных арок, образующих распалубки и передающих давление и распор на диагональные ребра. Существуют своды, например готические, где диагонали как основные несущие элементы выполнены из более прочного, чем распалубки, материала, имеют постоянное сечение и выделены на поверхности свода в виде нервюр. Для подавляющего большинства крестовых сводов ребра служат жесткостными элементами лишь в силу естественного утолщения кладки при сопряжении смежных распалубок. Сечение и ширина таких «естественных» ребер — величина переменная и может быть определена по характеру преобладающих деформаций кладки, участвующей одновременно в работе диагонали и арок распалубки.

Диагональ испытывает неравномерное, нарастающее к пятам вертикальное давление, соответствующее опорным реакциям элементарных арок распалубки, и горизонтальную нагрузку от их распоров, направленную к углам свода, т.е. растягивающую диагональ. Суммарное действие этих двух видов нагрузки создает неравномерное обжатие сечений диагонального ребра— большое на опорном участке и очень малое в замке. Слабое обжатие замковых сечений диагоналей и, соответст¬венно, всей центральной зоны — характерная особенность крестовых сводов, вследствие чего они неспособны нести сосредоточенные центральные нагрузки.

Сомкнутый свод представляет в общем случае сочетание двух пар цилиндрических или вспарушенных лотков. Рабочую схему сомкнутого свода можно рассматривать как систему элементарных полуарок, образующих лотки и передающих распор в условные диагональные ребра, а при наличии центрального светового барабана — и в его опорное кольцо. Нижней опорой (пятой) элементарные полуарки передают распор и грузовое давление на опорный контур свода. Диагональные ребра сомкнутых сводов образуются как элементы формы при сопряжении (смыкании) лотков и основными несущими элементами не являются. Главными рабочими элементами служат центральные лотковые полуарки (короткого пролета для вытянутых в плане сводов) и нижний опорный контур.

Расчет показывает, что от любого вида нагрузки опорные реакции элементарных полуарок возрастают от углов к середине. Для сводов, загруженных только распределенными нагрузками, эпюра давления лотка имеет вид простого или выпуклого треугольника, а эпюра распора— параболического (вогнутого в разной степени) треугольника — в соответствии с подъемностью свода и видом нагрузки. Суммарное давление и распор лотка численно равны площадям соответствующих эпюр. Из их анализа следует, что на среднюю треть лотка приходится приблизительно 2/3 суммарного давления и распора, а угловые трети практически не работают.

Большое обжатие центральной зоны, равное суммарному распору всех лотков, позволяет сомкнутому своду нести тяжелую центральную нагрузку (еще больше увеличивающую это обжатие). Благодаря этому свойству сомкнутый свод использовался для перекрытия большинства бесстолпных храмов XVII—XVIII вв. Сосредоточенный распор, создаваемый тяжелым световым барабаном и конструкцией завершения, гасился толщиной и замкнутым армированием несущих стен, а также двумя (четырьмя) парами перекрестных воздушных связей, которые ставились в зоне наибольших деформаций лотков. Лотки больших сводов выкладывались с гуртами. Относительное выравнивание давления и распора между средней третью и угловыми частями опорного контура достигалось различными приемами — вспарушенностью лотков, введением угловых клиновых вставок, устройством по оси лотков разгрузочных отверстий, кладкой «в елку». При пятиглавом завершении выравнивающим давление фактором служила масса угловых барабанов.

Крещатый свод может быть представлен либо как система двух пар главных пересекающихся арок, несущих тяжелую центральную нагрузку, и четырех диагональных полуарок, собирающих нагрузку с угловых частей свода, либо как система полуарок сомкнутого свода с центральными распалубками, разрезающими лотки до уровня «зеркала» или опорного кольца барабана. Вторая схема показательнее для случая, когда центральные арки не выделены технологически, например утолщением или швом. Ширина неявных главных арок в этом случае может быть определена по характеру нагрузки и другим конструктивным признакам, выделяющим центральный деформационный блок. На практике она приблизительно равна удвоенному расстоянию от края центрального проема до заделки в лоток воздушной связи. Вторая схема может быть применена для сомкнутого свода с распалубками, люкарнами и другими отверстиями, разгружающими центральные зоны лотков и опорного контура.

Конструктивную основу крестово-купольных сооружений составляет трех- или пятипролетная арочно-стоечная система (рис. 122).

122. Рабочая схема крестово- купольной системы
А — разрез;
Б — план;
В, Г— планы древних церквей с дополнительной внешней жесткостью;
N— плоский распор системы продольного или поперечного направления;
G— центр тяжести внутренней диафрагмы жесткости;
О — центр поворота;
Ne,c — усилия в воздушных и стеновых связях;
R — реакции противодействия распору внутренних и внешних диафрагм

Подпружные арки, опирающиеся на наружные стены и центральные столбы, служат основанием для цилиндрических сводов планового креста и угловых барабанов, на центральные подпружные арки опирается центральный световой барабан. Арки делят в плане сводчатую систему перекрытия на модули, создающие большие или меньшие встречные распоры. Складываясь, они создают суммарный распор системы, действующий в плоскости арок продольного и поперечного направлений или в диагональной плоскости и воспринимаемый главным образом массой кладки внутренних и внешних жесткостных элементов. Основными внутренними жесткостями служат конструкции «креста» — центральные столбы, части стен, арочные перемычки и перекрытия хор, объединенные в диафрагмы, а также пространственные угловые модули. Дополнительными внутренними жесткостями ранних храмов служили утолщения западной стены, скрывающие лестницу на хоры (церковь Георгия в Старой Ладоге), или заполнение пространства между подкупольными столбами (подобно Софии Константинопольской).

Внешними жесткостями помимо апсид могли быть лестничные башни на западных углах объема (Георгиевский и Софийский соборы в Новгороде), приделы, галереи и высокие притворы против крыльев креста (церковь Михаила Архангела в Смоленске).

Распределение суммарного распора между жесткостными элементами происходит пропорционально их сравнительной жесткости на любой стадии работы системы. Устойчивость системы обеспечивается, если опрокидывающее действие распора Нс, приложенного к своему элементу жесткости на высоте hc, меньше удерживающей реакции собственного веса и нагрузки данного элемента, приложенных с соответствующими плечами относительно точки (оси) опрокидывания. В противном случае, при избытке распора равновесие системы должно поддерживаться работой замкнутого связевого каркаса и затяжек, установленных в уровне пят подпружных арок.

Наиболее нагружены в конструкции перекрытия системы подпружные арки и паруса, несущие центральный световой барабан. Следует заметить, что функции арок и парусов при неизменной общей нагрузке могут существенно меняться в течение «жизни» памятника. В строительный период подпружные арки работают как перемычки, несущие полный вес барабана и парусов. По мере того как твердеет раствор кладки, паруса, упираясь в опорное кольцо барабана, начинают работать самостоятельно, передавая свою часть нагрузки и распора на столбы и далее на элементы жесткости. Распределение нагрузки между арками и парусами зависит от пролета перекрываемого модуля, системы и качества кладки парусов, толщины арок, наличия воздушных связей, наконец, от характера общей деформации памятника. Иногда нагрузка на подпружную арку может быть назначена «по факту», как вес блока кладки барабана, ограниченного усадочными или иными трещинами. Паруса при небольших диаметрах барабанов имеют незначительный вылет. Нагрузка на паруса передается таким образом почти по всей площади, что допускает простую кладку парусов горизонтальными нависающими рядами.

При достаточном сцеплении раствора паруса могут работать и как «кронштейны», и как распорные конструкции, воспринимающие усилие распора под углом к плоскости швов. С ростом пролетов функции таких ложных парусов, как консольных или распорных элементов, резко падают. Полутораметровый, например, ложный парус, соответствующий семиметровому пролету арок, теоретически уже не способен нести вес «своего» сектора барабана и тем более помогать подпружным аркам при их деформации. Ненадежность опирания барабана стала, возможно, одной из причин ограничения его диаметра и пролета подпружных арок.

Работа воздушных связей. Воздушные связи арочных конструкций, расположеные в разных уровнях относительно пят, могут иметь неодинаковые функции и по-разному формировать внутренние усилия в сводах.

Затяжки в уровне пят арок и сводов могут воспринимать:

полный распор, если опорные конструкции способны нести лишь вертикальную нагрузку (стойки открытых павильонов и галерей, перекрытых цилиндрическими сводами на распалубках и подпружных арках или крестовыми сводами);

«излишек распора», не воспринимаемый опорными конструкциями из-за их недостаточной устойчивости (некоторые крестово-купольные храмы и другие арочно-стоечные системы при значительных пролетах сводов и умеренных толщинах несущих стен и столбов).

Затяжки в уровне пят могут быть поставлены и конструктивно в сооружениях, где распор надежно гасится совместной работой вертикальных и горизонтальных элементов жесткости. При нормальной, спокойной статике большинства крестово-купольных сооружений роль воздушных связей в обеспечении их равновесия не является определяющей. Податливость анкеров, температурные деформации металла при морозах и пожарах, коррозия затяжек и шплинтов — все это не позволяет считать воздушные связи долговременным и равнопрочным звеном древних распорных конструкций, тем более ставить самую возможность существования памятников в зависимость от их наличия.

Воздушные связи активно работают как арочные затяжки при возведении здания и в течение всего периода твердения раствора. На этой стадии стены, столбы и диафрагмы еще не создают устойчивого контура для арок и сводов, а распор подпружных арок, несущих полный вес незатвердевшей кладки сводов и световых барабанов, намного превышает значение действительного распора от фактической длительной нагрузки. В дальнейшем, как показывают расчеты и контрольные измерения, функция воздушных связей в качестве затяжек крестово-купольной и других распорных систем может быть весьма умеренной.

Но в случае деформации объема связи могут препятствовать горизонтальным смещениям пят сводов и арок. Связи включаются в работу и при увеличении нагрузки на своды, а также при изменении общей схемы здания. Просадка опор (например, более нагруженных центральных столбов), вызывающая заметный (до 10—15 см) наклон связей в принципе не влияет на усилия в затяжках.

Свод (от «сводить» - соединять, смыкать) - в архитектуре тип перекрытия или покрытия пространства (помещения), ограниченного стенами, балками или столбами - конструкция, которая образуется наклонными поверхностями (прямолинейными или криволинейными).

Своды позволяют перекрывать значительные пространства без дополнительных промежуточных опор, используются преимущественно в круглых, многоугольных или эллиптических в плане помещениях.

Сводчатые перекрытия на протяжении веков использовались, в первую очередь, для религиозных и общественных помещений, поскольку при правильном расчете свода он может покрыть огромное пространство - в то время как балка, вне зависимости от материала, имеет предел длины. (Именно поэтому в частном строительстве, даже в тех же панельных домах, до сих пор преобладает балочно-стоечная система, так как там нет нужды в большом метраже и высоких потолках). Наибольшее разнообразие типов сводов демонстрирует сакральная архитектура, которая обязана была совмещать вместительность и красоту, а в сталинской архитектуре этим параметрам должно было соответствовать метро, поэтому в настоящий момент станции московского метрополитена демонстрируют большую вариабельность в типах сводов.

4.9.6 Конструктивные решения сводчатых покрытий. Примеры покрытий в виде оболочек

а – шедовое с диафрагмами в виде железобетонных арок; б – то же, в виде стальных ферм криволинейного очертания

Оболочки, которые могут перекрывать большие пролеты, имеют незначительную толщину 30... 100 мм, так как бетон в этом случае работает в основном на сжатие.

Оболочки могут быть цилиндрические купольные, параболоидные и др. Хорошие показатели имеет покрытие из длинных цилиндрических оболочек, применяемых при сетке колонн 12×24 м и более.

Важным аспектом устройства покрытия является возможность принятия тако­го конструктивного решения, которое позволило бы добиться оптимальной ме­таллоемкости и массы здания, а также сократить трудозатраты на его возведе­ние.

В настоящее время успешно используют возводимые из унифицированных трубчатых элементов структурные конструкции покрытия типа «Модуль» и «Берлин». Покрытие типа «Модуль» компонуют из структур размером 36×36, 30×30, 24×24 м. Пространственное стальное покрытие типа «Берлин» представляет собой стержневую складчатую конструкцию, состоящую из наклонно расположенных основных ферм с общими верхними и нижними поясами. Сетка колонн при таком покрытии имеет размеры 12×18 и 12×24м. Для изготовления ферм используют трубы диаметром от 45 до 108 мм.

Устраивают также висячие покрытия, которые работают на растяжение. Висячие конструкции делятся на вантовые и собственно висячие.

а – висячее покрытие однопоясное пролетом 12+78+12 м; б – то же, двупоясное пролетом 9+50+9 м

Несущими элементами в вантовых покрытиях являются тросы и вантовые прямолинейные элементы. В качестве настилов используют алюминиево-пластмассовые панели, коробчатые настилы из стеклопластиков и сотовые панели. Вантовые покрытия могут быть пролетом 100 м и более.

В собственно висячих покрытиях несущими конструкциями являются мембраны и гибкие нити, криволинейно очерченные под действием приложенной к ним нагрузки. Так, в здании гаража с сеткой осей 12×(12 + 78 + 12) м несущими элементами служат канаты диаметром 40 мм с шагом 1,5 м, которые при­креплены к железобетонным бортовым балкам двутаврового сечения. По канатам уложены железобетонные плиты размером 1,5×1,5 м. Бортовые балки опираются на колонны, усиленные заанкеренными в грунт оттяжками.

В промышленном строительстве широко используют и пневматические конструкции. Принцип возведения их основан на том, что во внутреннее замкнутое пространство мягких оболочек нагнетают атмосферный воздух, который растягивает оболочку, придавая ей заданную форму, устойчивость и несущую способность. Материал оболочек этих зданий должен быть воздухонепроницаемым, эластичным, прочным, легким, долговечным и надежным в эксплуатации. Избыточное давление составляет 50...500 Па и для человека не представляет никакой опасности.

Сводчатые покрытия пролетом 24, 36, 48 и 60 м для большепролетных промышленных зданий запроектированы ЛенЗНИИЭП. Своды образованы из прямолинейных элементов (рис. 55) складчатого сечения шириной 3 м, толщиной стенок 25 мм, а полок - от 80 до 100 мм (в зависимости от пролета здания). Элементы армированы двумя ткаными сетками, в горизонтальных полках - стержневой арматурой. Монтаж элементов ведут на кондукторе; стыки болтовые с последующей их сваркой. После завершения монтажа все швы омоноличиваются. Свод жестко связан с железобетонными балками пролетом 3 м, опорами для которых служат фундаменты.

Такое покрытие имеет главный корпус пролетом 36 м деревообрабатывающего завода в Ленинграде. Приведенная толщина бетона 6,57 см, расход стали - 14,06 кг/м2.

В Свердловске здание пролетом 24 м покрыто армоцементный сводом (рис. 56). Приведенная толщина бетона 4,71 см, расход стали - 11, 1 кг/м2.

Положительным у сводов складчатого поперечного сечения, собираемых из отдельных элементов, являются сравнительно небольшие размеры элементов, простота армирования, на 30-35% меньший расход бетона и на 5-10% стали по сравнению с другими большепролетными пространственными покрытиями.

Армоцементные покрытия для массового строительства операционных залов вокзалов разработаны СибЗНИИЭП совместно с Сибгипротрансом. Зал на 700 пассажиров пролетом 24 м и длиной 18 м покрыт сводом, который собирают из двух элементов полной заводской готовности. Поперечное сечение волнообразное шириной 2 м и толщиной 30 мм. Армируют элементы двумя ткаными сетками № 10 и стержнями диаметром Ю мм, расположенными по два в верхних гребнях волн и по четыре внизу. Распор от горизонтальной реакции свода может восприниматься двумя способами: наклонными контрфорсами, расположенными через каждые 3 м, либо горизонтальной затяжкой. Тогда наклонные растяжки отсутствуют При пролете 24 м и первому конструктивному решению опор приведенная толщина бетона равна 3,5 см, а расход стали - 5 кг/м2, а с учетом контрфорсов, балок, стоек и фундаментов соответственно 14 см и 13,8 кг/м2. Во втором варианте опор с учетом всех конструкций приведенная толщина бетона - 10 см, расход стали - 9,6 кг/м2.

Следует также отметить примеры подобных покрытий из зарубежной практики. Например, покрытие центрального зала выставки в Турине (рис. 3). Свод зала пролетом 98 м состоит из сборных армоцементных элементов, соединенных монолитными железобетонными ребрами. Вес элемента 1,5 т. Опалубка армоцементная. В гребнях и ендовах элементы замоноличивали на месте. Освещается помещение через световые проемы в наклонных стенках армоцементных элементов.

В проекте покрытия ангара пролетом 180 м в аэропорту Буэнос-Aйpeca свод образован аналогичными сборными армоцементными элементами, замоноличиваемыми на месте.

Площадь Св. Петра в Риме запроектировано перекрыть сводом пролетом 300 м, собранным из отдельных армоцементных скорлуп.

Романский свод

Важной задачей романского строительного искусства стало преобразование базилики с плоским деревянным перекрытием в сводчатую. Вначале сводом перекрывались небольшие пролеты боковых нефов и апсиды, позднее сводом стали перекрывать и главные нефы. Толщина свода иногда была довольно значительной, поэтому стены и пилоны проектировались толстыми с большим запасом прочности. В связи с потребностью в больших перекрытых пространствах и развитием строительной технической мысли конструкцию первоначально тяжелых сводов и стен стали постепенно облегчать.

Свод дает возможность перекрывать большие пространства, чем деревянные балки. Наиболее простым по форме и конструктивному исполнению является цилиндрический свод, который, не раздвигая стен, давит на них сверху огромной тяжестью, и потому требует особенно массивных стен. Этот свод наиболее пригоден для перекрытия помещений с небольшим пролетом, но он часто применялся и в главном нефе - во Франции в областях Прованс и Овернь (собор Нотр-Дам дю Пор в Клермоне).

Позднее полукруглая форма арки свода была заменена на стрельчатую. Так, неф кафедрального собора в Отюн (начало XII в.) перекрыт стрельчатым сводом с так называемыми гуртовыми арками.

Основой для новых типов сводов стал старый римский прямой крестовый свод над квадратным в плане помещением, получаемый пересечением двух полуцилиндров. Нагрузки, возникающие от этого свода, распределяются по диагональным ребрам, а с них передаются на четыре опоры по углам перекрываемого пространства. Первоначально ребра, возникающие на пересечении полуцилиндров, играли роль арок-подкружал, что давало возможность облегчить всю конструкцию (собор св. Стефана в Кане, 1064-1077; монастырская церковь в Лорш - первая полностью перекрытая сводами базилика).

Монастырская цекровь в Клюни. Романский крестовый свод :
1 - торцевые ребра; 2 - диагональные ребра; 3 - замок; 4 -распалубка.

Если увеличить высоту свода настолько, чтобы диагональная кривая пересечения из эллиптической превратилась в полукруглую, можно получить так называемый повышенный крестовый свод.

Своды чаще всего имели полнотелую кладку, что, как мы говорили, требовало возведения массивных пилонов. Поэтому большим шагом вперед стал романский составной пилон : к основному пилону добавлялись полуколонны, на которые опирались гуртовые арки, и в результате уменьшался распор свода. Значительным конструктивным достижением стало распределение нагрузки от свода на несколько определенных точек за счет жесткого соединения поперечных гуртовых арок, ребер и пилонов. Ребро и гуртовая арка становятся каркасом свода, а пилон - каркасом стены.

В более позднее время сначала выкладывались торцевые (щековые) арки и ребра. Эта конструкция получила название ребристого крестового свода . В период расцвета романского стиля этот свод делался повышенным, а его диагональная арка приобретала остроконечную форму (церковь св. Троицы в Кане, 1062-1066).

Для перекрытия боковых нефов вместо крестового свода иногда применялись полуцилиндрические своды , очень часто используемые в гражданском строительстве.

Романские конструкции - это прежде всего повышенный ребристый свод, остроконечная арка и погашение косых боковых распоров от сводов системой опор. Они создают основу для последующего готического стиля в архитектуре.

(прямолинейными или криволинейными).

Своды позволяют перекрывать значительные пространства без дополнительных промежуточных опор, используются преимущественно в круглых, многоугольных или эллиптических в плане помещениях.

Энциклопедичный YouTube

• 1 / 5

  Конструкции сводов, т.е. арочно-купольная система перекрытий явилась следующим шагом в развитии архитектуры. Ей предшествовала стоечно-балочная система , в основе которой лежит использование древесных стволов в качестве главного строительного материала. Несмотря на то, что блоки камня и кирпич вскоре заменили древесину, стоечно-балочная система (т.е. конструкция, элементы которой смыкаются под прямым углом) оставалась основным принципом строительства в Древнем мире - в архитектуре Древнего Египта и Древней Греции . Величина прочности камня на изгиб ограничивала в стоечно-балочной конструкции ширину пролёта примерно до 5 м. (Те своды, которые все-таки встречаются в архитектуре этих периодов, например, казематы акрополя Тиринфа и шахтовые гробницы носят название ложных сводов , т.к. в отличие от классических вариантов, не передавали усилий распора и напоминали их лишь внешне).

  Ситуация изменилась лишь с изобретением достаточно надёжных связующих - таких растворов, как цемент и бетон , а также с развитием науки, которая позволила рассчитывать более сложные криволинейные конструкции. Применение криволинейных сводов, где камень работает уже не на изгиб, а на сжатие, поэтому обнаруживает более высокую прочность, позволило значительно превысить указанный выше размер пролета от 5 метров балочно-стоечной системы.

  Хотя цилиндрические своды появились уже в 4-3 тыс. до н.э. в Египте и Месопотамии, массовое использование арочно-купольной системы перекрытий началось лишь в архитектуре Древнего Рима . К этому времени принято относить изобретение арки и купола , а также основных типов сводов, в основе которых лежат два этих конструктивных элемента. Со временем число этих типов увеличилось.

  Своды в древнеримском строительстве, а также в её наследниках - романской и византийской архитектуре были достаточно тяжёлыми, поэтому, для того чтобы выдерживать вес перекрытий, стены-опоры для этих сводов возводились очень толстыми и массивными. Нагрузка в таких конструкциях передавалась непосредственно на стены. Следующий этап в развитии сводов наступил в готической архитектуре , строители которой изобрели новый вариант распределения нагрузки.

  Массивная стена, служившая опорой для тяжелого свода, была заменена на систему контрфорсов и аркбутанов . Теперь усилие стало передаваться не непосредственно вертикально вниз, а распределяться и отводиться вбок по аркбутанам, уходя в контрфорсы. Это позволило намного утончить стены, заменив их на несколько надежных опорных контрфорсов. Кроме того, произошло изменение в кладке собственно сводов - если раньше они целиком выкладывались из массивных камней и были одинаковы по всей толщине, то теперь свод стал представлять собой жёсткие рёбра (нервюры), служащие для опоры и распределения нагрузки, а промежутки между нервюрами выкладывались лёгким кирпичом, выполнявшим теперь лишь заградительную, но не несущую функцию. Это открытие позволило архитекторам готики перекрывать конструктивно новыми типами сводов невиданно большие пространства соборов и создавать головокружительно высокие потолки.

  Наконец, следующая и на сегодняшний день завершающая веха в эволюции сводов наступила в XIX веке с изобретением железобетона . Если до этого инженерам приходилось рассчитывать своды, выложенные по опалубке из кирпича с помощью цемента, или из камня с помощью бетона (а они могли рассыпаться в случае неудачных расчетов или ошибок в кладке), то теперь бетон армируется железом и формуется в заливочных формах. Это придало ему необыкновенную прочность, а также дало максимальную свободу фантазии архитекторов. Со 2-й половины XIX в. своды нередко создавались из металлических конструкций. В ХХ в. появились различные типы монолитных и сборных железобетонных тонкостенных сводов-оболочек сложной конструкции. Они применяются для покрытий большепролётных зданий и сооружений. С середины ХХ в. распространяются также деревянные клеёные сводчатые конструкции.

  Предназначение

  Сводчатые перекрытия на протяжении веков использовались, в первую очередь, для религиозных и общественных помещений, поскольку при правильном расчете свода он может покрыть огромное пространство - в то время как балка, вне зависимости от материала, имеет предел длины. (Именно поэтому в частном строительстве, даже в тех же панельных домах , до сих пор преобладает балочно-стоечная система, так как там нет нужды в большом метраже и высоких потолках). Наибольшее разнообразие типов сводов демонстрирует сакральная архитектура, которая обязана была совмещать вместительность и красоту, а в сталинской архитектуре этим параметрам должно было соответствовать метро, поэтому в настоящий момент станции московского метрополитена демонстрируют большую вариабельность в типах сводов.

  Элементы сводов

  В зависимости от типа свода он может иметь следующие элементы:

  • Замок, замковый камень , ключ свода - средний клинчатый камень в щелыге арки или свода. Иногда подчёркивается декором.
  • Зеркало - горизонтальная, плоская плоскость зеркального свода, потолочный плафон (изначально - любая гладкая поверхность плит в каменной кладке).
  • Лотки - криволинейная плоскость свода, одним концом опирающаяся на стену, а другими - смыкающаяся с остальными лотками, то есть часть свода, имеющая форму отрезка полуцилиндрической поверхности, рассечённой двумя взаимно пересекающимися плоскостями.
  • Паддуги (падуги) - боковые цилиндрические части сомкнутого свода, в зеркальном своде - находятся под зеркалом. Изначально - большая выкружка над карнизом, служащая переходом от стены к потолку.
  • Пазуха свода - пространство между наружными поверхностями смежных сводов, или сводом и стеной.
  • Паруса - сферический треугольник, обеспечивающий переход от квадратного в плане подкупольного пространства к окружности купола.
  • Подпружная арка - упорная арка, укрепляющая или поддерживающая свод.
  • Пролёт свода - его ширина
  • Пята свода - нижняя часть арки, свода, опирающаяся на стену или столб; или же верхний камень опоры, на котором покоится арка или свод.
  • Распалубки - выемка в цилиндрическом своде в виде сферического треугольника. Образуется пересечением двух взаимно перпендикулярных цилиндрических поверхностей (обычно разного радиуса). Может быть либо частью крестового свода, либо дополнительным сводом, врезаным в цилиндрический или зеркальный. Устраивается над дверными и оконными проёмами при расположении верхней точки проёма выше пяты свода.
  • Стрела свода - расстояние от оси арки в ключе до хорды, соединяющей центры её пят.
  • Шелыга (щалыга) - верхняя линия или хребет свода. Также - непрерывный ряд замковых камней (ключ свода).
  • Щека свода (люнет) - торец свода, его срез
  • Щековая арка - подпружная боковая арка крестового свода, расположенная по сторонам прямоугольника его плана.
  • Щековая стена - торцовая стена помещения, перекрытого цилиндрическим сводом, нагрузки не испытывает.
  Готические конструкции:
  • Нервюры - ребро готического каркасного свода. Делятся на:
    • Ожива - диагональная арка. Почти всегда полуциркульная.
    • Тьерсерон - дополнительная нервюра, идущая от опоры и поддерживающие посередине лиерны.
    • Лиерны - дополнительная нервюра, идщая от точки пересечения ожив к щелыге щековых арок.
    • Контрлиерны - поперечные нервюры, связывающие между собой основные (то есть оживы, лиерны и тьерсероны).
  • Запалубка - в нервюрном своде заполнение между нервюрами.

  • Иллюстрация	Определение
    	Цилиндрический свод - образует в поперечном сечении полукруг (или половину эллипса, часть параболы, проч). Это простейший и наиболее распространённый тип сводов. Перекрытие в нём опирается на параллельно расположенные опоры - две стены, ряд столбов или аркады . В зависимости от профиля арки, лёгшей в основание, бывают: полуциркульные стрельчатые коробовые эллиптические параболические
    	Коробовый свод - разновидность цилиндрического свода; отличается от него тем, что образует в поперечном сечении не простую дугу, а трехцентровую или многоцентровую коробовую кривую. Он имеет большой распор, обычно погашаемых металлическими связями, и используется для перекрытия более обширных по площади помещений, нежели возможно перекрыть цилиндрическим сводом.
    	Цилиндрический свод с распалубками - свод, образованный путём пересечения под прямым углом одного свода с другими меньшего пролета и меньшей высоты, то есть - с образованием распалубок.
    	Крестовый свод - образуется путём пересечения двух сводов цилиндрической или коробовой формы одинаковой высоты под прямым углом. Применялся для перекрытия квадратных, а иногда прямоугольных в плане помещений. Он может опираться на свободностоящие опоры (столбы, колонны) по углам, что позволяет сосредоточить в плане давление только на угловых опорах.
    	Сомкнутый свод - образуется наклонными по заданной кривой продолжениями стен - лотками (щеками), которые опираются по всему периметру на стены и сходятся в горизонтальной шелыге свода при прямоугольном плане или в одной точке при перекрытии квадратного (на илл.) в плане помещения (в последнем случае также может также называться «монастырским»). Является производным от свода цилиндрического. Передает на стены вертикальное давление и распор по всей длине. Был известен в архитектуре Средней Азии, Рима и готике, но применялся редко, более широко распространился в архитектуре Возрождения. Свод сомкнутый с распалубками - наличие распалубок по осям лотков меняет конструктивную систему свода: усилия передаются на углы.
    	Зеркальный свод - отличается от сомкнутого тем, что его верхняя часть представляет собой плоскую горизонтальную плиту-плафон (т. н. «зеркало»). Обычно она отделяется от паддуг (боковых граней) четкой рамой и часто используется для живописи. Подобный свод часто применяется в декоративных целях, в то время как само помещение на самом деле может быть перекрыто балочной или стропильной конструкцией, к которой подвешивается ложный свод. Получил наибольшее распространение в эпоху Возрождения.
    	Парусный свод - вспарушенный свод на четырех опорах. Образуется отсечением вертикальными плоскостями частей сферической поверхности купола. Условно расчленен на две зоны: нижнюю - несущую, и верхнюю - несомую пологую часть сферы, называемую скуфьей. Иногда скуфье придавали полуциркульную форму.
    	Крещатый свод - сомкнутый свод, прорезанный двумя пересекающимися крест-накрест сводами иной формы, на пересечении которых стоит световой барабан.
    List of architectural vaults Готические своды Веерный свод - образуется нервюрами (ожива и тьерсерона ), исходящими из одного угла, имеющими одинаковую кривизну, составляющими равные между собой углы и образующими воронкообразную поверхность. Типичен для английской готики . Звездчатый свод - форма крестового готического свода. Имеет вспомогательные ребра - тьерсероны и лиерны . В каркасе четко выделяются основные диагональные ребра крестового свода. Свод крестовый готический - крестовый свод, представляющий собой каркасную конструкцию в виде сетки нервюр, на которые опираются распалубки, что позволяет сосредоточить давление только на угловых опорах. Основной признак готического - четко выраженные профилированные диагональные ребра, составляющие основной рабочий каркас, воспринимающий основные нагрузки. Распалубки выкладывались как самостоятельные малые своды, опиравшиеся на диагональные ребра. Схемы основных типов сводов, встречающихся в русском зодчестве XI- начала XVIII вв.: 1 - коробовый (с XI в.); 2 - четвертъцилиндрический (в основном XI-XV вв. и позднее); 3 - купольный (с XI в.); 4 - купольный на парусах без барабана (XI в.); 5 - купольный на барабане (с XI в.); 6 - конха (с XI в.); 7 - двускатный (XI в.); 8 - крестовый (XI-XII вв., а также с конца XV в.); 9 - шатровый (конец XIII в.); 10-12 - ступенчато-арочный (XIV-XVI вв.); 13 - вспарушенный крестовый (с начала XVI в.); 14, 15 - сомкнутый на распалубках, сходящихся к углу (с начала XVI в.); 16, 17 - сводчатое перекрытие одностолпной палаты на распалубках, сходящихся к углу (с начала XVI в.);